3D纳米技术毯子为清洁饮用水开辟新路径

这种材料是通过软化学凝胶和电纺丝的结合创造的——一种将电力施加于液体以制造小纤维的技术——团队构建了细长的钛 dioxide (TiO₂) 纤维状条带，这是一种常用于太阳能电池、气体传感器和各种自清洁技术的化合物。

尽管是一种很好的替代能源，使用 TiO₂ 纳米粒子的太阳燃料系统常常受到功率限制，因为它们只能通过吸收不可见的紫外线光进行光催化，或产生化学反应。这会导致实施方面的重大挑战，包括低效率和需要复杂的过滤系统。

然而，当研究人员添加铜以改善这个过程时，他们的新结构，称为纳米垫，能够吸收足够的光能来分解空气和水中的有害污染物，Ohio State University的材料科学与工程教授、研究的主要作者 Pelagia-Iren Gouma 说。

“以前没有简单的方法可以制造一种像毯子一样可以铺在水面上并开始产生能量的东西，”她说。“但我们是制作这些结构的唯一人，也是唯一证明它们确实有效的人。”

该研究最近发表在《Advanced Science》期刊上。

当二氧化钛吸收光时，会形成电子，氧化水并攻击污染物，慢慢摧毁它们，直到它们变得无害。当添加铜时，该过程会得到超充，变得更有效。

为此，研究人员努力表征纳米垫的更新属性，以了解其行为以及与其他自清洁纳米粒子的不同之处，Gouma 说。令人惊讶的是，研究人员发现与传统太阳能电池相比，这些纳米垫在自然阳光下的发电效果更好，她说。

“这些纳米垫可以作为发电机，或作为水修复工具，”她说。“无论如何，你都有最高效率的催化剂，这是迄今为止报告的。”

这些重量轻、易于移除的纤维垫可以浮在任何水体上操作，甚至可以通过多次清洗循环重复使用。由于纳米垫非常有效，研究人员设想它们可以用于清除发展中国家水中的工业污染物，将原本受到污染的河流和湖泊转变为清洁饮用水的来源。

此外，由于该技术不产生像某些太阳能电池系统那样的有毒副产品，纳米垫非常环保。“这是一种安全的材料，不会伤害任何东西，而且是尽可能干净的，”Gouma 说。

尽管这个团队的技术非常高效，但商业化规模化需要多长时间取决于工业对该产品的关注程度。“我们有工具可以大规模生产它们并转化到各个行业，”Gouma 说。“唯一的限制是它需要有人利用这些丰富的资源。”

总体而言，该研究的发现表明，纳米垫在未来许多光催化应用中可能是一种有前景的工具，包括长期可持续性努力，如环境修复以及太阳能驱动的氢生产。

在此期间，团队计划研究进一步优化该材料的方法。

“这种材料在纳米技术的新形式方面是完全新颖的，”Gouma 说。“它真的很令人印象深刻，我们对此非常兴奋。”

其他 Ohio State 的共同作者包括 Fateh Mikaeilia 和 Mohammad Mahafuzur Rahaman。该研究得到了国家科学基金会的支持。